한국 연구진이 최근 품귀 현상을 빚고 있는 전기차용 전력 반도체를 세계 3번째로 개발, 국산화에 성공했다.
한국전기연구(KERI)은 30일 ‘전기기술 기반 미래 4대 모빌리티 핵심기술’을 공개했다. 이날 KERI는 ‘전기차용 SiC(탄화규소) 전력반도체’, ‘전기선박 육상시험소(LBTS)’, ‘드론/플라잉카용 전기엔진 국산화’, ‘액체수소 생산 및 장기 저장기술’ 등 최근의 주요 연구 성과를 브리핑했다. 모두 화석 연료 엔진에서 전기로 미래 모빌리티의 축이 이동하고 있는 상황에서 주목되는 기술들이다.
KERI에 따르면 최근 대부분의 산업과 일상에서 전기가 중심이 되는 일명 ‘전기화(電氣化, Electrification)‘가 가속화되고 있다. 미래 모빌리티 분야에서도 추진 동력이 기존 화석연료 엔진에서 전기기술 중심으로 변화되고 있으며, 이에 따라 전 세계 여러 국가들이 관련 시장을 주도하기 위해 치열한 기술 패권 경쟁을 벌이고 있다.
KERI가 개발한 SiC 전력반도체는 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 등 사람의 근육과도 같은 역할을 한다. 전기차에서는 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터에 필수적으로 활용돼 뛰어난 재료 특성을 기반으로 전비 10%를 향상시켜주는 핵심부품이다. 기술 장벽이 높아 선진국 소수 기업들만 독점하고 있었다. 최근 전 세계적 수급난까지 겹쳐 기술 자립이 절실한 상황이었는데, KERI가 국산화 실현을 넘어 공급 부족 문제까지 해결할 수 있는 초고난도 ‘트렌치 모스펫(Trench MOSFET)’ 기술을 세계 3번째(독일-일본-한국)로 개발하며 큰 주목을 받았다.
전기선박 육상시험소는 명칭 그대로 전기선박을 육상에서 시험하는 장소다. 2015년 국내 최초 그리고 세계 3번째(미국-영국-한국)로 완공된 핵심 설비다. 전기선박은 하부에 추진 시스템이 탑재된 후 고장이나 문제가 발생하면 정비가 어렵고, 배를 해체해서 수정해야 하는 등의 어려움이 있는 분야다. 하지만 KERI의 육상시험소를 통해 사전 성능검증 과정을 수행함으로써 선박 건조기간 단축, 전력화 지연 손실비용 절감 등의 큰 효과를 가져왔고, 그 외 기술수입 대체 및 관련 산업 발전까지 포함하면 통합 5000억원이 넘는 파급효과다.
드론/플라잉카용 전기엔진 국산화는 유·무인 항공기를 기존 화석연료 기반 항공엔진이 아닌, 전기 동력으로 추진시키는 ‘전동기’와 ‘발전기’를 국내 최초로 독자 개발한 성과다. 해당 분야에서 가장 중요한 ‘저소음’, ‘안정성’, ‘고비출력’ 조건을 모두 성공적으로 달성했고, 그동안 외국산 부품 사용으로 발생했던 안전 및 보안 문제를 국산화를 통해 해결할 수 있게 됐다. 향후 꾸준한 연구를 통해 사람이 탈 수 있을 정도의 안정성을 확보한 10kW급 전동기와 100kW급 발전기를 3년 이내에 개발해 우리나라가 플라잉카 산업의 선두에 설 수 있도록 만든다는 목표다.
액체수소 생산 및 장기 저장기술은 기존 기체(가스) 형태 수소가 가진 폭발 위험성을 해소하고, 미래 수소경제 활성화 및 탄소중립 정책 실현에 크게 기여할 성과로 손꼽힌다. KERI는 수소가스를 극저온(-253도)으로 냉각시켜 액체수소를 만들고, 이 수소를 오랜 기간 손실 없이 장기 저장할 수 있는 ‘제로보일오프(Zero Boil-off)’ 기술을 개발했다. 수소 저장의 안전성을 높인 이번 기술을 통해 주민 수용성을 확보하고, 수소의 장거리 이송과 폭넓은 활용까지 가능할 것으로 보고 있다.
명성호 KERI 원장은 “모빌리티는 우리 국민의 삶과 대한민국 산업에 매우 큰 영향을 미치는 분야이고, 다른 어느 곳보다 ‘전기화’가 빠르게 진행되고 있는 분야”라며 “국민과 기업이 체감할 수 있는 실질적인 성과를 창출할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.
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